身高差效果图网站,企业应该如何建设自己的网站,网站开发职务,西安网络推广公司网络推广大家好#xff0c;我是 方圆。LFU 的缩写是 Least Frequently Used#xff0c;简单理解则是将使用最少的元素移除#xff0c;如果存在多个使用次数最小的元素#xff0c;那么则需要移除最近不被使用的元素。LFU 缓存在 LeetCode 上是一道困难的题目#xff0c;实现起来并不…大家好我是 方圆。LFU 的缩写是 Least Frequently Used简单理解则是将使用最少的元素移除如果存在多个使用次数最小的元素那么则需要移除最近不被使用的元素。LFU 缓存在 LeetCode 上是一道困难的题目实现起来并不容易所以决定整理和记录一下。如果大家想要找刷题路线的话可以参考 Github: LeetCode。
LFU 缓存
LeetCode 原题460. LFU 缓存 困难。
思路我们需要维护两个 HashMap分别为 keyNodeMap 和 accessNodeMap它们的职责如下 keyNodeMap: key 为 put 的值的 key 值value 为该 key 对应的节点那么我们便可以通过这个 map 以 O(1) 的时间复杂度 get 到对应的值 accessNodeMap: key 为访问次数各个节点被 put 和 get 都会使节点 accessNum 访问次数加 1value 为该访问次数下的 循环双向链表的头节点通过双向链表我们能以 O(1) 的时间复杂度将节点移除。我们定义 在相同访问次数下越早插入的节点越靠近双向链表的尾端在进行节点移除时会将尾节点移除。
为了更好的理解两个 map 与链表节点的关系我们用下图对容量为 3 的缓存进行表示其中绿色代表链表节点节点中各个值对应的字段为 key, value, accessNum 除此之外我们要定义一个 minAccessNum 的字段来维护当前缓存中最小的访问次数这样我们就能够在时间复杂度为 O(1) 的情况下在 accessNodeMap 中获取到对应访问次数的双向链表。
大致的方向确定了我们需要再想一下具体的实现
get 方法我们首先去 keyNodeMap 中拿没有的话返回 -1 即可。如果有对应的 key 的话那么我们需要将对应节点的访问次数加 1并需要改变它所在 accessNodeMap 中的位置首先需要断开它与原链表的连接之后加入到新的链表中如果在 accessNodeMap 中有对应次数的链表那么我们需要把它插入到该链表的 头节点如果没有对应访问次数的双向链表的话我们需要创建该访问次数的链表并以该节点为头节点维护在 accessNodeMap 中。这里需要注意我们要对 minAccessNum 进行 更新如果该节点的访问次数和 minAccessNum 相等并且该节点在原来链表删除后该访问次数下的链表中不存在其他任何节点那么 minAccessNum 也要加 1。
put 方法我们同样也需要在 keyNodeMap 中判断是否存在存在的话需要将值进行覆盖之后的处理逻辑与 get 方法一致。如果不存在的话我们这里需要判断缓存的容量 是否足够足够的话比较简单先将其 put 到 keyNodeMap 中再在 accessNodeMap 中将其插入到 key 为 1 的双向链表的头节点即可这里要注意更改 minAccessNum 为 1因为新插入的节点一定是访问次数最少的如果不够的话那么先要 将最少使用的节点移除在两个 map 中都要移除在 accessNodeMap 中进行移除时需要根据 minAccessNum 获取对应的双向链表移除它的尾节点。在尾节点移除完之后执行的逻辑和上述容量足够时执行插入节点的逻辑一致。
具体实现已经比较清楚了直接上代码吧大家可以关注一下注释信息
class LFUCache {/*** 双向链表节点*/static class Node {Node left;Node right;int key;int value;int accessNum;public Node(int key, int value, int accessNum) {this.key key;this.value value;this.accessNum accessNum;}}private HashMapInteger, Node keyNodeMap;private HashMapInteger, Node accessNodeMap;private int minAccessNum;private int capacity;public LFUCache(int capacity) {keyNodeMap new HashMap(capacity);accessNodeMap new HashMap(capacity);minAccessNum 0;this.capacity capacity;}public int get(int key) {if (keyNodeMap.containsKey(key)) {Node node keyNodeMap.get(key);// 如果所在链表只有一个节点的话那么直接将该访问次数的链表删掉if (node node.right) {accessNodeMap.remove(node.accessNum);// 维护缓存中最小的访问次数if (minAccessNum node.accessNum) {minAccessNum;}} else {// 断开与原链表的连接node.left.right node.right;node.right.left node.left;// 如果该节点是头节点的话那么需要替换为它的下一个节点作为头节点if (node accessNodeMap.get(node.accessNum)) {accessNodeMap.put(node.accessNum, node.right);}}// 增加后的访问次数链表看看有没有node.accessNum;if (accessNodeMap.containsKey(node.accessNum)) {Node target accessNodeMap.get(node.accessNum);// 插入头节点insertHead(node, target);} else {// 没有的话直接 put 即可accessNodeMap.put(node.accessNum, node);// 单节点循环链表node.left node;node.right node;}return node.value;} else {return -1;}}public void put(int key, int value) {if (keyNodeMap.containsKey(key)) {Node node keyNodeMap.get(key);node.value value;// 执行get方法get(key);} else {Node node new Node(key, value, 1);if (keyNodeMap.size() capacity) {// 容量不够需要将最少使用的节点移除Node oldNodeHead accessNodeMap.get(minAccessNum);Node tail oldNodeHead.left;// 如果所在链表只有一个节点的话那么直接将该访问次数的链表删掉if (tail.right tail) {accessNodeMap.remove(tail.accessNum);} else {// 断开与原链表的连接tail.left.right tail.right;tail.right.left tail.left;// 如果该节点是头节点的话那么需要替换为它的下一个节点作为头节点if (oldNodeHead accessNodeMap.get(tail.accessNum)) {accessNodeMap.put(tail.accessNum, tail.right);}}keyNodeMap.remove(tail.key);}// 这样就有有足够的容量了keyNodeMap.put(key, node);// 是否有对应的链表if (accessNodeMap.containsKey(node.accessNum)) {// 插入头节点insertHead(node, accessNodeMap.get(node.accessNum));} else {// 没有对应的链表 直接插入accessNodeMap.put(node.accessNum, node);node.left node;node.right node;}minAccessNum 1;}}private void insertHead(Node node, Node target) {// 拼接到该链表头并构建循环双向链表node.right target;node.left target.left;target.left.right node;target.left node;// 覆盖头节点accessNodeMap.put(node.accessNum, node);}}需要注意的是 因为我们维护的是循环双向链表所以在插入头节点时注意尾节点和头节点的引用关系 因为我们在 accessNodeMap 中维护的是头节点所以当我们将链表的头结点进行移除时需要将头节点的下一个节点作为新的头节点保存在 accessNodeMap 中
针对第二点我们可以做一个优化每当第一次生成双向链表的时候我们创建一个哨兵节点作为头节点那么这样我们就无需在头节点被移除后再将新的头节点插入 accessNodeMap 中进行覆盖了始终保持 accessNodeMap 中 value 值保存的是哨兵节点最终代码如下
class LFUCache {/*** 双向链表节点*/static class Node {int key, value;Node pre, next;int accessNum;public Node(int key, int value, int accessNum) {this.key key;this.value value;this.accessNum accessNum;}}/*** 记录访问最小的值*/private int minAccessNum;private final int capacity;private final HashMapInteger, Node accessNodeMap;private final HashMapInteger, Node keyNodeMap;public LFUCache(int capacity) {this.capacity capacity;accessNodeMap new HashMap(capacity);keyNodeMap new HashMap(capacity);// 初始化访问次数为 1 的哨兵节点minAccessNum 1;accessNodeMap.put(minAccessNum, initialSentinelNode(minAccessNum));}public int get(int key) {if (keyNodeMap.containsKey(key)) {Node node keyNodeMap.get(key);// 找到新的位置insertIntoNextSentinel(node);return node.value;}return -1;}public void put(int key, int value) {if (keyNodeMap.containsKey(key)) {Node node keyNodeMap.get(key);node.value value;insertIntoNextSentinel(node);} else {if (keyNodeMap.size() capacity) {// 移除最老的节点removeEldest();}// 新加进来的肯定是最小访问次数 1minAccessNum 1;Node newNode new Node(key, value, minAccessNum);// 插入到头节点insertIntoHead(newNode, accessNodeMap.get(minAccessNum));keyNodeMap.put(key, newNode);}}/*** 插入下一个链表中*/private void insertIntoNextSentinel(Node node) {// 在原来的位置移除remove(node);// 尝试更新 minAccessNumtryToIncreaseMinAccessNum(node.accessNum);// 获取增加 1 后的哨兵节点Node nextCacheSentinel getSpecificAccessNumSentinel(node.accessNum);// 插入该链表的头节点insertIntoHead(node, nextCacheSentinel);}/*** 在原链表中移除*/private void remove(Node node) {node.pre.next node.next;node.next.pre node.pre;node.next null;node.pre null;}/*** 尝试更新 minAccessNum*/private void tryToIncreaseMinAccessNum(int accessNum) {// 原访问次数的哨兵节点Node originSentinel accessNodeMap.get(accessNum);// 如果只剩下哨兵节点的话需要看看需不需要把 minAccessNum 增加 1if (originSentinel.next originSentinel originSentinel.accessNum minAccessNum) {minAccessNum;}}/*** 获取指定访问次数的哨兵节点*/private Node getSpecificAccessNumSentinel(int accessNum) {if (accessNodeMap.containsKey(accessNum)) {return accessNodeMap.get(accessNum);} else {// 没有的话得初始化一个Node nextCacheSentinel initialSentinelNode(accessNum);accessNodeMap.put(accessNum, nextCacheSentinel);return nextCacheSentinel;}}/*** 生成具体访问次数的哨兵节点*/private Node initialSentinelNode(int accessNum) {Node sentinel new Node(-1, -1, accessNum);// 双向循环链表sentinel.next sentinel;sentinel.pre sentinel;return sentinel;}/*** 插入头节点*/private void insertIntoHead(Node node, Node nextCacheSentinel) {node.next nextCacheSentinel.next;nextCacheSentinel.next.pre node;nextCacheSentinel.next node;node.pre nextCacheSentinel;}/*** 如果容量满了的话需要把 minAccessNum 访问次数的尾巴节点先移除掉*/private void removeEldest() {Node minSentinel accessNodeMap.get(minAccessNum);Node tail minSentinel.pre;tail.pre.next tail.next;minSentinel.pre tail.pre;keyNodeMap.remove(tail.key);}
}巨人的肩膀 LFU 缓存官方题解 【宫水三叶】运用「桶排序」「双向链表」实现 LFUCache
